数字量控制系统梯形图程序设计方法

车在左限位开关SQ1和右限位开关SQ2之间不停地循环往
返，直到按下停止按钮SB1。
K M 2 Q0 .1
Q 0 .0 KM 1
I0 .3 S Q 1
I0 .4 S Q 2
图4-5 PLC外部接线图
（1）起保停电路 自锁、自保持电路
（2）互锁
（3）按钮联锁 （4）硬件互锁
4.1.4 常闭触点输入信号的处理 为了使梯形图和继电器电路图中触点的类型相同，
第4章 数字量控制系统 梯形图程序设计方法
本章要点
梯形图的经验设计法：有记忆功能的电路、定时器应 用电路、常闭触点输入信号的处理 根据继电器电路图设计梯形图的基本方法和注意事项 顺序控制设计法
步与动作、有向连线与转换条件
顺序功能图的基本结构及转换实现的基本规则
4.1 梯形图的经验设计法
4.1.1 有记忆功能的电路
图4-1
起保停电路与置位复位电路
在实际电路中，起动信号和停止信号可能由多个触点组成的串、并联电路提供。
4.1.2 定时器应用电路
【4-1】用定时器设计延时接通/延时断开电路
【4-2】用计数器设计长延时电路。 【4-3】用计数器扩展定时器的定时范围。
T 0.1KT KC
应的外部负载的线圈。外部负载的线圈除了受梯形图
的控制外，还可能受外部触点的控制。
将继电器电路图转换为功能相同的PLC的外部接线图和梯形图 的步骤如下：
（1）了解和熟悉被控设备的工艺过程和机械的动作情况，根
据继电器电路图分析和掌握控制系统的工作原理，这样才能 做到在设计和调试控制系统时心中有数。 （2）确定PLC的输入信号和输出负载，以及与它们对应的梯 形图中的输入位和输出位的地址，画出PLC的外部接线图。
顺序功能图是用来描述自动工作工程的，这时还应在
系统由手动工作方式进入自动工作方式时，用一个适 当的信号将初始步置为活动步。
4.3.4 顺序功能图的基本结构
下图
左图
图4-16
图4-17 图4-17
图4-18
图4-18
4.3.5 顺序功能图中转换实现的基本规则 1、转换实现的条件 在顺序功能图中，步的活动状态的进展是由转换的
在单序列中，一个转换仅有一个前级步和一个后续步。在
并行序列的分支处，转换有几个后续步，在转换实现时应 同时将它们对应的编程元件置位。在并行序列的合并处， 转换有几个前级步，它们均为活动步时才有可能实现转换， 在转换实现时应将它们对应的编程元件全部复位。在选择
序列的分支与合并处，一个转换实际上只有一个前级步和
3、转换条件 使系统由当前步进入下一步的信号成为转换条件，
转换条件可以是外部输入信号，也可以是PLC内部产生
的信号，还可能是若干个信号的与、或、非逻辑组合。 转换条件是与转换相关的逻辑命题，转换条件可以 是文字语言、布尔代数表达式或图形符号标注在表示 转换的短线旁边，使用得最多的是布尔代数表达式。
（3）确定与继电器电路图的中间继电器、时间继电器对应的
梯形图中的位存储器（M）和定时器（T）的地址。这两步建 立了继电器电路图中的元件和梯形图中编程元件的地址之间 的对应关系。 （4）根据上述对应关系画出梯形图。
【例】下图
4.2.2 注意事项
根据继电器电路图设计PLC的外部接线图和梯形图时
应注意以下问题： （1）应遵守梯形图语言中的语法规定 （2）设置中间单元 （3）尽量减少PLC的输入信号和输出信号 （4）设立外部联锁电路 （5）梯形图的优化设计
的外部硬件接线图和梯形图程序来实现继电器系统的功
能。
在分析PLC控制系统的功能时，可以将PLC想象成一 个继电器控制系统中的控制箱，其外部接线图描述了 这个控制箱的外部接线，梯形图是这个控制箱的内部
“线路图”，梯形图中的输入位（I）和输出位（Q）
是这个控制箱与外部世界联系的“接口继电器”，这 样就可以用分析继电器电路图的方法来分析PLC控制系 统。在分析时可以将梯形图中输入位的触点想象成对 应的外部输入器件的触点，将输出位的线圈想象成对
虑的因素很多，它们往往又交织在一起，分析起来非常困难， 并且很容易遗漏一些应该考虑的问题。修改某一局部的电路时， 很可能会“牵一发而动全身”，对系统的其他部分产生意想不 到的影响，因此梯形图的修改很麻烦，往往花很长的时间还得
不到一个满意的结果。用经验法设计出的梯形图往往很难阅读，
给系统的维修和改进带来了很大的困难。
一个后续步，但是一个步可能有多个前级步或多个后续步。
3．绘制顺序功能图时的注意事项 (1) 两个步绝对不能直接相连，必须用一个转换将它们分 隔开。 (2) 两个转换也不能直接相连，必须用一个步将它们分隔 开。
(3) 不要漏掉初始步。
(4) 在顺序功能图中一般应有由步和有向连线组成的闭环。 4．顺序控制设计法的本质
建议尽可能地用常开触点作PLC的输入信号。如果某些
信号只能用常闭触点输入，可以按输入全部为常开触 点来设计梯形图，这样可以将继电器电路图直接“翻 译”为梯形图。然后将梯形图中外接常闭触点的输入 位的触点改为相反的触点，即常开触点改为常闭触点，
常闭触点改为常开触点。
4.2 根据继电器电路图设计 梯形图的方法
I 0.0 I 0.0
I 0.0
I 0.0
在顺序功能图中，只有当某一步的前级步是活动步 时，该步才有可能变成活动步。如果用没有断电保持
功能的编程软件代表各步，进入RUN工作方式时，它
们均处于0状态，必须用开机时接通一个扫描周期的初 始化脉冲SM0.1的常开触点作为转换条件，将初始步预 置为活动步，否则因顺序功能图中没有活动步，系统 将无法工作。如果系统有自动、手动两种工作方式，
作业：5、6、10
【4-4】闪烁电路
闪烁电路实际上是一个具有正反馈的振荡电路，T37和
T38的输出信号通过他们的触点分别控制对方的线圈，
形成了正反馈。 可用SM0.5来驱动需要闪烁的指示灯。
4.1.3 经验设计法举例
下图是三相异步电动机正反转控制的主电路和继电器
控制电路图，其中KM1和KM2分别是控制正反转运行的 交流接触器。用KM1和KM2的主触点改变进入电动机的 三相电源的相序，即可以改变电动机的旋转方向。FR是 热继电器，在电动机过载时，它的常闭触点断开，使 KM1或KM2的线圈断电，电动机停转。 按下右行启动按钮SB2或左行启动按钮SB3后，要求小
4.3.2 步与动作 1、步的基本概念 顺序控制设计法最基本的思想是将系统的一个工作
周期划分为若干个顺序相连的阶段，这些阶段称为步，
并用编程元件（例如位存储器M和顺序控制继电器S） 来代表各步。步是根据输出量的状态变化来划分的， 在任何一步之内，每个输出量的ON/OFF状态不变，但 是相邻两步输出量总的状态是不同的，步的这种划分
动作被停止执行。
4.3.3 有向线段与转换条件 1、有向线段
在顺序功能图中，随着时间的推移和转换条件的实
现，将会发生步的活动状态的进展，这种进展按有向 连线规定的线路和方向进行。在画顺序功能图时，将 代表各步的方框按他们成为活动步的先后次序顺序排 列，并用有向线段将它们连接起来。
2、转换
转换用有向连线上与有向连线垂直的短划线来表示， 转换将相邻的两步隔开。
4.2.1 基本方法
PLC使用与继电器电路图极为相似的梯形图语 计梯形图是一条捷径。这是因为原有的继电器控制系统 经过长期的使用和考验，已经被证明能完成系统要求的 控制功能，而继电器电路图又与梯形图有很多相似之处， 因此可以将继电器电路图“翻译”成梯形图，即用PLC
（6）外部负载的额定电压
4.3 顺序控制设计法与顺序功能图
4.3.1 顺序控制设计法 用经验法设计梯形图时，没有一套固定的方法和步骤可以遵循， 具有很大的试探性和随意性，对于不同的控制系统，没有一种 通用的容易掌握的设计方法。在设计复杂系统的梯形图时，用
大量的中间单元来完成记忆、联锁、互锁等功能，由于需要考
实现来完成的。转换实现必须同时满足两个条件：
（1）该转换所有的前级步都是活动步 （2）相应的转换条件得到满足 如果转换的前级步或后续步不止一个，转换的实现 称为同步实现。为了强调同步实现，有向连线的水平
部分用双线表示。
2．转换实现应完成的操作 1) 使所有的后续步变为活动步。 2) 使所有的前级步变为不活动步。 以上规则可以用于任意结构中的转换，其区别如下：
方法使代表各步的编程元件的状态与各输出量的状态
之间有着极为简单的逻辑关系。
顺序控制设计法用转换条件控制代表各步的编程
元件，让它们的状态按一定的顺序变化，然后用代表 各步的编程元件去控制PLC的各输出位。
2、初始步 与系统的初始状态相对应的步称为初始步，初始状 态一般是系统等待起动命令的相对静止的状态。初始步
用双线方框表示，每一个顺序功能图至少应该有一个初
始步。 3、与步对应的动作或命令（存储型、非存储型） 可以将一个控制系统划分为被控系统和施控系统。 对于被控系统，在某一步中要完成某些“动作”；对于
施控系统，在某一步则要向被控系统发出某些“命令”。
除了以上的基本结构之外，使用动作的修饰词还
可以在一步中完成不同的动作。修饰词允许在不增加 逻辑的情况下控制动作。 4、活动步 当系统正处于某一步所在的阶段时，该步处于活 动状态，称为“活动步”。步处于活动状态时，相应 的动作被执行；处于不活动状态时，相应的非存储型
所谓顺序控制，就是按照生产工艺预先规定的顺序， 在各个输入信号作用下，根据内部状态和时间的顺序，
在生产过程中各个执行机构自动地有秩序地进行操作。
使用顺序控制设计法时首先根据系统的工艺过程，画出 顺序功能图，然后根据顺序功能图设计出梯形图。 顺序功能图是描述控制系统的控制过程、功能和特性 的一种图形，也是设计PLC的顺序控制程序的有力工具。